La recaptación es la reabsorción de un neurotransmisor por un transportador de neurotransmisores ubicado a lo largo de la membrana plasmática de una terminal axónica (es decir, la neurona presináptica en una sinapsis) o célula glial después de que ha realizado su función de transmitir un impulso neuronal .
La recaptación es necesaria para la fisiología sináptica normal porque permite el reciclaje de neurotransmisores y regula el nivel de neurotransmisores presentes en la sinapsis, controlando así la duración de la señal resultante de la liberación de neurotransmisores. Debido a que los neurotransmisores son demasiado grandes e hidrófilos para difundirse a través de la membrana, se necesitan proteínas de transporte específicas para la reabsorción de neurotransmisores. Se han realizado muchas investigaciones, tanto bioquímicas como estructurales, para obtener pistas sobre el mecanismo de recaptación.
La primera secuencia primaria de una proteína de recaptación se publicó en 1990. La técnica para la determinación de la secuencia de proteínas se basó en la purificación, secuenciación y clonación de la proteína transportadora en cuestión, o estrategias de clonación de expresión en las que se utilizó la función de transporte como un ensayo para las especies de ADNc que codifican para ese transportador. Después de la separación, se observó que existían muchas similitudes entre las dos secuencias de ADN. Una exploración más profunda en el campo de las proteínas de recaptación descubrió que muchos de los transportadores asociados con neurotransmisores importantes dentro del cuerpo también eran muy similares en secuencia a los transportadores de GABA y norepinefrina. Los miembros de esta nueva familia incluyen transportadores de dopamina , norepinefrina , serotonina , glicina , prolina y GABA . Se denominaron transportadores de neurotransmisores dependientes de Na + /Cl − . La dependencia de iones de sodio y cloruro se analizará más adelante en el mecanismo de acción. Utilizando las similitudes entre las secuencias y los análisis de los gráficos de hidropatía, se predijo que existen 12 regiones hidrofóbicas que atraviesan la membrana en la familia de transportadores "clásicos". [1] Además de esto, los extremos N y C existen en el espacio intracelular . Estas proteínas también tienen un bucle extracelular extendido entre la tercera y la cuarta secuencia transmembrana. Los experimentos de etiquetado químico dirigido al sitio verificaron la organización topológica predicha del transportador de serotonina. [2]
Además de los transportadores de neurotransmisores, se encontraron muchas otras proteínas tanto en animales como en procariotas con secuencias similares, lo que indica una familia más grande de neurotransmisores: simportadores de sodio (NSS). Una de estas proteínas, LeuT, de Aquifex aeolicus , fue cristalizada por Yamashita et al. [3] con muy alta resolución, revelando una molécula de leucina y dos iones Na + unidos cerca del centro de la proteína. Encontraron que las hélices transmembrana (TM) 1 y 6 contenían segmentos desenrollados en el medio de la membrana. Junto con estas dos hélices, las hélices TM 3 y 8 y las áreas que rodean las secciones desenrolladas de 1 y 6 formaban los sitios de unión del sustrato y del ión sodio. La estructura cristalina reveló pseudosimetría en LeuT, en la que la estructura de las hélices TM 1-5 se refleja en la estructura de las hélices 6-10.
En la proteína hay una cavidad extracelular en la que sobresale una horquilla helicoidal formada por el bucle extracelular EL4. En TM1, un aspartato distingue a los transportadores de monoamina NSS de los transportadores de aminoácidos que contienen una glicina en la misma posición. Se asignaron "puertas" internas y externas a pares de residuos con carga negativa y positiva en la cavidad extracelular y cerca de los extremos citoplasmáticos de las hélices 1 y 8 de TM.
Las proteínas transportadoras clásicas utilizan gradientes de iones transmembrana y potencial eléctrico para transportar neurotransmisores a través de la membrana de la neurona presináptica. Los transportadores típicos de simporte de sodio (NSS) de neurotransmisores, que dependen de iones Na + y Cl− , aprovechan los gradientes de Na + y Cl− , dirigidos hacia adentro a través de la membrana. Los iones fluyen a favor de sus gradientes de concentración, lo que en muchos casos conduce a un movimiento de carga transmembrana que se ve mejorado por el potencial de membrana. Estas fuerzas atraen el sustrato del neurotransmisor hacia la célula, incluso en contra de su propio gradiente de concentración. A nivel molecular, los iones Na + estabilizan la unión de aminoácidos en el sitio del sustrato y también mantienen al transportador en una conformación abierta hacia afuera que permite la unión del sustrato. [4] Se ha propuesto que el papel del ion Cl− en el mecanismo de simporte es estabilizar la carga del Na + simportado . [5] [6]
Una vez que se ha producido la unión de iones y sustrato, debe producirse algún cambio conformacional. A partir de las diferencias conformacionales entre la estructura de los TM 1-5 y la de los TM 6-10, y de la identificación de una vía de permeación del sustrato entre el sitio de unión de SERT y el citoplasma , se propuso un mecanismo para el cambio conformacional en el que un haz de cuatro hélices compuesto por los TM 1, 2, 6 y 7 cambia su orientación dentro del resto de la proteína. [7] Una estructura de LeuT en la conformación abierta hacia adentro demostró posteriormente que el componente principal del cambio conformacional representa el movimiento del haz en relación con el resto de la proteína. [8]
El objetivo principal de un inhibidor de la recaptación es reducir sustancialmente la velocidad a la que los neurotransmisores se reabsorben en la neurona presináptica, aumentando la concentración de neurotransmisores en la sinapsis. Esto aumenta la unión de los neurotransmisores a los receptores de neurotransmisores presinápticos y postsinápticos. [9] Dependiendo del sistema neuronal en cuestión, un inhibidor de la recaptación puede tener efectos drásticos sobre la cognición y la conducta. La inhibición no competitiva del homólogo bacteriano LeuT por los antidepresivos tricíclicos resultó de la unión de estos inhibidores en la vía de permeación extracelular. [10] [11] Sin embargo, la naturaleza competitiva de la inhibición del transporte de serotonina por los antidepresivos sugiere que en los transportadores de neurotransmisores, se unen en un sitio que se superpone al sitio del sustrato. [12]
Horschitz et al. [13] examinaron la selectividad de los inhibidores de la recaptación entre la proteína de recaptación de serotonina de rata (SERT) expresada en células renales embrionarias humanas (HEK-SERT). Presentaron a SERT dosis variables de citalopram (un ISRS ) o desipramina (un inhibidor de la proteína de recaptación de norepinefrina, NET). Al examinar las curvas de dosis-respuesta (utilizando un medio normal como control), pudieron cuantificar que el citalopram actuaba sobre SERT como un ISRS, y que la desipramina no tenía efecto sobre SERT. En un experimento separado, Horschitz et al. expusieron HEK-SERT con citalopram a largo plazo. Observaron que la exposición a largo plazo condujo a una regulación negativa de los sitios de unión. Estos resultados sugieren algún mecanismo para los cambios a largo plazo en la neurona presináptica después de la terapia farmacológica. Horschitz et al. descubrieron que después de eliminar el citalopram del sistema, los niveles normales de expresión del sitio de unión de SERT regresaron. [13]
Se ha sugerido que la depresión es el resultado de una disminución de la serotonina que se encuentra en la sinapsis, aunque esta hipótesis ha sido cuestionada desde principios de la década de 1980 [ cita requerida ] . Inicialmente fue apoyada por la reducción exitosa de los síntomas depresivos después de la administración de antidepresivos tricíclicos (como desipramina) e ISRS. Los antidepresivos tricíclicos inhiben la recaptación de serotonina y norepinefrina al actuar sobre SERT y NET. Los ISRS inhiben selectivamente la recaptación de serotonina al actuar sobre SERT [ ¿cómo? ] . El resultado neto es una mayor cantidad de serotonina en la sinapsis, lo que aumenta la probabilidad de que la serotonina interactúe con un receptor de serotonina de la neurona postsináptica. Hay mecanismos adicionales por los cuales debe ocurrir la desensibilización del autorreceptor de serotonina , pero el resultado neto es el mismo. [14] Esto aumenta la señalización de serotonina, que según la hipótesis se cree que eleva el estado de ánimo y, por lo tanto, alivia los síntomas depresivos. Esta propuesta para el mecanismo antidepresivo de los inhibidores de la recaptación de serotonina no tiene en cuenta la evolución temporal del efecto terapéutico, que lleva semanas o meses, mientras que la inhibición del transportador es esencialmente inmediata.
El efecto neto del consumo de anfetaminas (AMPH) es un aumento de la dopamina, la noradrenalina y la serotonina en la sinapsis. Se ha demostrado que la AMPH actúa sobre el receptor asociado a aminas traza 1 (TAAR1) para inducir la inhibición del eflujo y la recaptación en los transportadores de serotonina, noradrenalina y dopamina . Este efecto requiere que el transportador y el TAAR1 estén co-localizados (ocurran juntos) dentro de la misma neurona.
Los astrocitos parecen utilizar mecanismos de recaptación para una función neuroprotectora. Los astrocitos utilizan el transportador de aminoácidos excitatorio 2 (EAAT2, también conocido como GLT-1) para eliminar el glutamato de la sinapsis. Los ratones knock out para EAAT2 eran más propensos a sufrir convulsiones espontáneas y letales y lesiones cerebrales agudas en la corteza. Estos efectos podrían estar relacionados con mayores concentraciones de glutamato en los cerebros de los ratones knock out para EAAT2, analizados post mortem. [15]